CN106380777A - 一种新型橡胶加工助剂及其制备方法与应用 - Google Patents

一种新型橡胶加工助剂及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种新型橡胶加工助剂及其制备方法与应用,该加工助剂包括以下重量份的成分：树脂20‑40份，脂肪酸锌皂60‑80份。按配比，向脂肪酸锌皂粘稠液体中投入树脂，在温度100～120℃，熔融共混后，得粘稠液体混合物，冷却后造粒即得新型橡胶加工助剂。本发明的橡胶加工助剂具有改善分散、降低混炼温度和改善流动性等多重功能，用于天然橡胶和合成橡胶的混炼过程，与橡胶的相容性较好，可以提高炭黑和粉体助剂在胶料中的分散性；并且可以显著降低胶料的粘度，提高胶料的流动性和挤出速率，从而降低轮胎或制品加工的能量消耗，提高混炼效率，有助于硫化产品的脱模，保持模具干净。

Description

一种新型橡胶加工助剂及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及一种新型橡胶加工助剂及其制备方法与应用,属于精细化工技术领域。
背景技术
加工助剂是一种配合材料，在橡胶胶料中虽然用量很少，但是可以改善胶料的操作性能，使橡胶制品的质量得以提高。加工助剂的分类很多，包括均匀剂、分散剂、增塑剂、润滑剂、塑解剂等。在是否改善加工性能上，加工助剂最基本的条件是：与橡胶及其配合剂有相容性；非极性基团链长且易迁入橡胶分子内，极性基团对无机配合剂有强亲和力；容易添加且具有合适的熔点。但对于大多数加工助剂来说要具备所有条件是不可能的，且一种加工助剂也不能在任何环境均具最优异性能，所以加工助剂是有选择性的。不同类型的加工助剂在橡胶中起的作用各不相同，目前产品种类繁多，但是性能相对单一。所以开发多功能的橡胶加工助剂具有重大意义。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种新型橡胶加工助剂，该橡胶加工助剂具有多种功能，其主要成分为树脂和脂肪酸锌皂。其中树脂为橡胶常用增塑剂、软化剂和补强剂，能促进硫磺和炭黑的分散；脂肪酸锌皂，与橡胶具有相容性，可以降低混炼胶的粘度，增大胶料的塑性，改善胶料的流动性，显著地提高挤出速率。
本发明还提供一种新型橡胶加工助剂的制备方法，制得的橡胶加工助剂能降低混炼温度、提高炭黑和其他配合剂等的分散性，还能改善胶料的加工性能、流动性能和物理机械性能。
本发明的具体技术方案如下：
一种新型橡胶加工助剂，该加工助剂包括以下重量份的成分：树脂20-40份，脂肪酸锌皂60-80份。
本发明优选的，该加工助剂包括以下重量份的成分：树脂30份，脂肪酸锌皂70份。
本发明优选的，所述树脂为古马隆树脂、松香树脂、石油树脂中的一种或任意两种以上的组合。
进一步优选的，所述的石油树脂为脂肪族/芳香族共聚树脂。石油树脂的原料主要成分为脂肪烃类树脂与芳香族树脂。脂肪族/芳香族共聚树脂为现有技术，可市场购得。
本发明优选的，所述树脂为古马隆树脂、松香树脂和石油树脂的混合物，古马隆树脂、松香树脂、石油树脂的重量份如下：古马隆树脂30-50份、松香树脂10-30份、石油树脂40-60份。
进一步优选的，所述古马隆树脂、松香树脂、石油树脂的重量份如下：古马隆树脂30份、松香树脂20份、石油树脂50份。
本发明优选的，所述脂肪酸锌皂选自树脂酸锌、直链饱和或不饱和脂肪酸锌皂、芳香酸锌皂中的一种或任意两种以上的组合。
本发明优选的，所述脂肪酸锌皂为树脂酸锌、直链饱和或不饱和脂肪酸锌皂和芳香酸锌皂的混合物；树脂酸锌、直链饱和或不饱和脂肪酸锌皂和芳香酸锌皂的重量份如下：树脂酸锌10-20份，直链饱和或不饱和脂肪酸锌皂60-80份、芳香酸锌皂占10-30份。
进一步优选的，树脂酸锌、直链饱和或不饱和脂肪酸锌皂和芳香酸锌皂的重量份如下：树脂酸锌10份，直链饱和或不饱和脂肪酸锌皂70份、芳香酸锌皂占20份。
上述新型橡胶加工助剂的制备方法，步骤如下：
(1)将直链饱和或不饱和脂肪酸脂肪酸加入加热至熔融，搅拌均匀，在温度100-130℃，投入氧化锌，反应后得到脂肪酸锌皂粘稠液体；
(2)按配比，向脂肪酸锌皂粘稠液体中投入树脂，在温度100～120℃，熔融共混后，得粘稠液体混合物，冷却后造粒即得本发明的新型橡胶加工助剂。
造粒按本领域的常规技术进行。
本发明优选的，直链饱和或不饱和脂肪酸为C12-C20之间的长链饱和或不饱和脂肪酸的任意两种以上的混合酸；优选的，直链饱和或不饱和脂肪酸锌皂中的脂肪酸为C16-C18之间的饱和或不饱和脂肪酸的任意两种以上的混合酸。
本发明优选的，步骤(1)中，反应时间为0.5-1h，步骤(1)中，直链饱和或不饱和脂肪酸脂肪酸与氧化锌的质量比为10:(1.4-1.5)。
本发明优选的，步骤(2)中，熔融共混的时间为1-2h。
上述新型橡胶加工助剂的应用，用于合成各类橡胶制品，所述的橡胶制品为合成橡胶、天然橡胶等，加工助剂的添加量为混合胶料的1-3％。
本发明通过无数次研究、实验，得到本发明混合树脂、混合脂肪酸锌皂配合的加工助剂，经济环保，无废水，同时具有物理分散和化学分散的作用，不仅可以提高炭黑的分散性，具有补强效果，还能降低混炼温度，提高胶料在加工混炼阶段的流动性，降低了加工粘度及加工能耗，显著提高挤出速率，使得橡胶加工性能得到改善。具有以下显著优点：
本发明具有的优点与有益效果是：
1、本发明的橡胶加工助剂具有改善分散、降低混炼温度和改善流动性等多重功能，用于天然橡胶和合成橡胶的混炼过程，与橡胶的相容性较好，可以提高炭黑和粉体助剂在胶料中的分散性；并且可以显著降低胶料的粘度，提高胶料的流动性和挤出速率，从而降低轮胎或制品加工的能量消耗，提高混炼效率，有助于硫化产品的脱模，保持模具干净。
2、本发明的橡胶加工助剂中含有树脂能有效的降低胶料的门尼粘度，改善胶料的加工流动性；改善轮胎胎面胶中炭黑的分散性，提高加工安全性能，提高混合胶料的物理机械性能，还具有一定的抗热氧老化性能。
2、本发明的橡胶加工助剂中含有长烷基链脂肪酸皂在橡胶中能够起到软化和增塑的作用，可显著提高胶料的可塑性，含有的芳香酸皂能显著的提高挤出速率。
3、制备工艺技术合成简捷、无污染、节能环保，适应了国家绿色化工的政策要求，是一条清洁化合成工艺路线。
附图说明
图1为空白样品、实施例1样品、市售样品配方制成胶料的功率消耗对比柱状图；
图2为空白样品、实施例1样品、市售样品配方制成胶料的挤出速度对比柱状图；
图3为空白样品、实施例1样品、市售样品配方制成胶料的门尼粘度对比柱状图；
具体实施方式
下面根据具体的实施例对本发明进行进一步的阐述，如无特别说明，各成分用量均为重量份。
实施例中的脂肪酸、树脂均为现有技术，市场可购得。
古马隆树脂、石油树脂购自山东齐邦树脂有限公司，脂肪酸购自淄博爱迪生油脂有限公司。
实施例1
一种新型橡胶加工助剂，该加工助剂的原料重量份如下：树脂30份，脂肪酸锌皂70份。
树脂为古马隆树脂、松香树脂和石油树脂的混合物，古马隆树脂、松香树脂和石油树脂的重量份如下：古马隆树脂30份、松香树脂20份和石油树脂50份。
脂肪酸锌皂为树脂酸锌、直链饱和或不饱和脂肪酸锌皂和芳香酸锌皂的混合物；树脂酸锌、直链饱和或不饱和脂肪酸锌皂和芳香酸锌皂的重量份如下：树脂酸锌10份、C16-C18之间的饱和或不饱和脂肪酸锌70份、芳香酸锌20份。
制备方法为：将脂肪酸加入反应容器内，加热至熔融，搅拌均匀，在100-130℃之间，投入氧化锌，反应一段时间后得到脂肪酸锌粘稠液体。投入树脂，在100～120℃之间，熔融共混一段时间后，得粘稠液体混合物，将混合物冷却造粒即得本发明新型橡胶加工助剂。
实施例2
一种新型橡胶加工助剂，该加工助剂的原料重量份如下：树脂30份，脂肪酸锌皂70份。
树脂为古马隆树脂、松香树脂和石油树脂的混合物，古马隆树脂、松香树脂和石油树脂的重量份如下：古马隆树脂40份、松香树脂10份和石油树脂50份。
脂肪酸锌皂为树脂酸锌、直链饱和或不饱和脂肪酸锌皂和芳香酸锌皂的混合物；树脂酸锌、C16-C18之间的饱和或不饱和脂肪酸锌皂和芳香酸锌皂的重量份如下：树脂酸锌10份、C16-C18之间的饱和或不饱和脂肪酸锌70份、芳香酸锌20份。
制备方法同实施例1。
实施例3
一种新型橡胶加工助剂，该加工助剂的原料重量份如下：树脂30份，脂肪酸锌皂70份。
树脂为古马隆树脂、松香树脂和石油树脂的混合物，古马隆树脂、松香树脂和石油树脂的重量份如下：古马隆树脂30份、松香树脂20份和石油树脂50份。
脂肪酸锌皂为树脂酸锌、直链饱和或不饱和脂肪酸锌皂和芳香酸锌皂的混合物；树脂酸锌、C16-C18之间的饱和或不饱和脂肪酸锌皂的重量份如下：树脂酸锌15份、C16-C18之间的饱和或不饱和脂肪酸锌70份、芳香酸锌15份。
制备方法同实施例1。
实施例4
一种新型橡胶加工助剂，该加工助剂的原料重量份如下：树脂20份，脂肪酸锌皂80份。
树脂为古马隆树脂、松香树脂和石油树脂的混合物，古马隆树脂、松香树脂和石油树脂的重量份如下：古马隆树脂30份、松香树脂20份和石油树脂50份。
脂肪酸锌皂为树脂酸锌、直链饱和或不饱和脂肪酸锌皂和芳香酸锌皂的混合物；树脂酸锌、C16-C18之间的饱和或不饱和脂肪酸锌皂和芳香酸锌皂的重量份如下：树脂酸锌15份、C16-C18之间的饱和或不饱和脂肪酸锌70份、芳香酸锌15份。
制备方法同实施例1。
实施例5
一种新型橡胶加工助剂，该加工助剂的原料重量份如下：树脂30份，脂肪酸锌皂70份。
树脂为古马隆树脂、松香树脂和石油树脂的混合物，古马隆树脂、松香树脂和石油树脂的重量份如下：古马隆树脂30份、松香树脂20份和石油树脂50份。
脂肪酸锌皂为树脂酸锌、直链饱和或不饱和脂肪酸锌皂和芳香酸锌皂的混合物；树脂酸锌、C16-C18之间的饱和或不饱和脂肪酸锌皂和芳香酸锌皂的重量份如下：树脂酸锌15份、C16-C18之间的饱和或不饱和脂肪酸锌70份、芳香酸锌15份。
制备方法同实施例1。
实施例6
一种新型橡胶加工助剂，该加工助剂的原料重量份如下：树脂40份，脂肪酸锌皂60份。
树脂为古马隆树脂、松香树脂和石油树脂的混合物，古马隆树脂、松香树脂和石油树脂的重量份如下：古马隆树脂30份、松香树脂20份和石油树脂50份。
脂肪酸锌皂为树脂酸锌、直链饱和或不饱和脂肪酸锌皂和芳香酸锌皂的混合物；树脂酸锌、C16-C18之间的饱和或不饱和脂肪酸锌皂和芳香酸锌皂的重量份如下：树脂酸锌10份、C16-C18之间的饱和或不饱和脂肪酸锌80份、芳香酸锌10份。
制备方法同实施例1。
应用实验例：
下面将本发明的橡胶加工助剂和市售同类产品在橡胶中进行对比应用试验，证明本发明制备的橡胶加工助剂的优势。
一、胶料配方(重量份)
天然橡胶(SCR5#)100份，炭黑N115 58份，硬脂酸2份，氧化锌3.5份，防护蜡1.5份，防老剂TMQ 1.0份，防老剂6PPD 2份，硫黄1.2份，促进剂CBS 2份，新型橡胶加工助剂2份。
二、步骤如下：
(i)一段密炼(初温80℃、60rpm)：30s加SCR5#，塑炼40s，20s加小料硬脂酸、氧化锌、防护蜡、防老剂、防老剂6PPD、新型加工助剂、35份炭黑，混炼60s，20s加23份炭黑，混炼45s，提砣清扫20s，压砣混炼45s，提砣混炼25s后排胶，共305s，排胶。
(ii)二段开炼：4mm辊距包辊1min，加入促进剂CBS、硫黄吃1.5min，之后左右各割3刀，最小辊距打6个三角包，4mm打4个卷后下片。
三、性能测试
下面将本发明的新型橡胶加工助剂和市售同类加工助剂在橡胶中进行对比应用试验：空白、实施例1制成的加工助剂、市售同类加工助剂分别按照上述配方制成3份胶料，所得胶料的性能测试如下，证明本发明制备的新型加工助剂的应用效果。
1、排胶温度结果
该新型加工助剂可以有效降低胶料混炼温度，减少混炼温度过高导致的橡胶热氧老化。排胶温度见表1。
表1排胶温度
胶料名称 空白 实施例1 市售同类产品
排胶/℃ 173 160 165
2、加工性能测试结果
按照HG/T14300-2012(橡胶流变性能的测定柱塞式毛细管流变仪法)，对上述3个样品胶料加工过程中的功率消耗、挤出速度以及门尼粘度进行测试，测试结果见图1、图2、图3，从图中可以看出，添加加工助剂均能起到降低加工能耗，提高挤出速率，降低胶料门尼粘度的功效，但本发明的新型橡胶加工助剂样品效果更加显著。
3、炭黑分散度
该新型加工助剂不仅可以降低胶料的门尼粘度，改善加工性能，而且能促进炭黑的分散，实验数据显示胶料的门尼粘度降低越大胶料的流动性越好，炭黑越容易与橡胶共混均匀。有关数据见表2中。
表2炭黑分散度测试结果
胶料名称 空白 实施例1 市售同类产品
炭黑分散度 6.21 9.31 8.95

Claims (10)

1.一种新型橡胶加工助剂，该加工助剂包括以下重量份的成分：树脂20-40份，脂肪酸锌皂60-80份。
2.根据权利要求1所述的新型橡胶加工助剂，其特征在于，该加工助剂包括以下重量份的成分：树脂30份，脂肪酸锌皂70份。
3.根据权利要求1所述的新型橡胶加工助剂，其特征在于，所述树脂为古马隆树脂、松香树脂、石油树脂中的一种或任意两种以上的组合。
4.根据权利要求1所述的新型橡胶加工助剂，其特征在于，所述的石油树脂为脂肪族/芳香族共聚树脂。
5.根据权利要求1所述的新型橡胶加工助剂，其特征在于，所述树脂为古马隆树脂、松香树脂和石油树脂的混合物，古马隆树脂、松香树脂、石油树脂的重量份如下：古马隆树脂30-50份、松香树脂10-30份、石油树脂40-60份；优选的，所述古马隆树脂、松香树脂、石油树脂的重量份如下：古马隆树脂30份、松香树脂20份、石油树脂50份。
6.根据权利要求1所述的新型橡胶加工助剂，其特征在于，所述脂肪酸锌皂选自树脂酸锌、直链饱和或不饱和脂肪酸锌皂、芳香酸锌皂中的一种或任意两种以上的组合。
7.根据权利要求1所述的新型橡胶加工助剂，其特征在于，所述脂肪酸锌皂为树脂酸锌、直链饱和或不饱和脂肪酸锌皂和芳香酸锌皂的混合物；树脂酸锌、直链饱和或不饱和脂肪酸锌皂和芳香酸锌皂的重量份如下：树脂酸锌10-20份，直链饱和或不饱和脂肪酸锌皂60-80份、芳香酸锌皂占10-30份；优选的，树脂酸锌、直链饱和或不饱和脂肪酸锌皂和芳香酸锌皂的重量份如下：树脂酸锌10份，直链饱和或不饱和脂肪酸锌皂70份、芳香酸锌皂占20份。
8.权利要求1所述的新型橡胶加工助剂的制备方法，步骤如下：
(1)将直链饱和或不饱和脂肪酸脂肪酸加入加热至熔融，搅拌均匀，在温度100-130℃，投入氧化锌，反应后得到脂肪酸锌皂粘稠液体；
(2)按配比，向脂肪酸锌皂粘稠液体中投入树脂，在温度100～120℃，熔融共混后，得粘稠液体混合物，冷却后造粒即得本发明的新型橡胶加工助剂。
9.根据权利要求8的新型橡胶加工助剂的制备方法，其特征在于，直链饱和或不饱和脂肪酸为C12-C20之间的长链饱和或不饱和脂肪酸的任意两种以上的混合酸；优选的，直链饱和或不饱和脂肪酸锌皂中的脂肪酸为C16-C18之间的饱和或不饱和脂肪酸的任意两种以上的混合酸；反应时间为0.5-1h，步骤(1)中，直链饱和或不饱和脂肪酸脂肪酸与氧化锌的质量比为10:1.4-1.5；步骤(2)中，熔融共混的时间为1-2h。
10.权利要求1所述的新型橡胶加工助剂的应用，用于合成各类橡胶制品，所述的橡胶制品为合成橡胶、天然橡胶等，加工助剂的添加量为混合胶料的1-3％。
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